Trwałe enzymy pochodzenia morskiego mogą wstrząsnąć światem przemysłu
„Finansowany przez Unię Europejską projekt INMARE okazał się ogromnym sukcesem”, stwierdził koordynator projektu prof. Peter Golyshin z Uniwersytetu w Bangor w Zjednoczonym Królestwie. „Opracowaliśmy olbrzymią gamę zasobów, które pozwolą znacząco skrócić i usprawnić drogę do odkrywania enzymów na potrzeby przemysłu”. Udało się to osiągnąć dzięki identyfikacji enzymów przystosowanych do najtrudniejszych warunków związanych z procesami przemysłowymi ze względu na środowisko morskie, z którego pochodzą. Enzymy są szeroko stosowane w przemyśle – są między innymi kluczowym składnikiem dla sektorów takich jak browarnictwo, produkcja detergentów i papiernictwo, które wymagają katalizatorów biologicznych do wytwarzania swoich produktów. Od wielu lat wiadomo, że morskie mikroorganizmy, takie jak bakterie, grzyby, gąbki i algi, stanowią niewykorzystane dotąd źródło enzymów, jednak mimo to zaledwie niewielki odsetek enzymów pochodzenia morskiego jest wykorzystywany w zastosowaniach komercyjnych. Prof. Golyshin wierzy, że identyfikacja tych enzymów znacząco skróci, a w niektórych przypadkach nawet całkowicie wyeliminuje potrzebę żmudnego, trudnego, drogiego i bardzo często nieskutecznego procesu badania i optymalizacji enzymów w laboratoriach. Katalizator dla biznesu Po czterech latach szeroko zakrojonych badań oceanicznych, połączonych z badaniami przesiewowymi w laboratoriach, naukowcom udało się sklonować łącznie 974 użyteczne enzymy. „Spośród nich naukowcom projektu udało się w pełni scharakteryzować 311 enzymów – mówiąc to, mam na myśli pełne zrozumienie ich zdolności do przekształcania związków o znaczeniu przemysłowym”, dodaje prof. Golyshin. „Na podstawie tego zbioru enzymów opracowano i przetestowano 15 gotowych do użycia biokatalizatorów wykorzystywanych do procesów przemysłowych na niewielką skalę”. Efektem projektu, który został zakończony z końcem marca 2019 roku, są cztery wnioski patentowe, a także jeden start-up zajmujący się dostarczaniem enzymów zoptymalizowanych przez naturę. W pracach projektu INMARE (Industrial Applications of Marine Enzymes: Innovative screening and expression platforms to discover and use the functional protein diversity from the sea) uczestniczyło ponad 20 partnerów ze środowisk akademickich i różnych sektorów przemysłu z 12 krajów, w tym czołowi międzynarodowi partnerzy przemysłowi. „Partnerzy przemysłowi naszego projektu są liderami rynkowymi w produkcji enzymów i syntezie wysokowartościowych chemikaliów”, dodał prof. Golyshin. „Ich celem jest skuteczne dostarczanie bezpieczniejszych leków, tańszych produktów dla sektora rolniczego oraz jeszcze lepszych produktów pochodzenia biologicznego”. Współpracujące z projektem przedsiębiorstwa otrzymały priorytetowy dostęp do danych zebranych przez partnerów akademickich przedsięwzięcia, na podstawie których mogły ocenić, czy dane odkrycie ma jakikolwiek potencjał do zastosowania komercyjnego. W związku z zakończeniem projektu konsorcjum udostępni listę materiałów – enzymów, zbiorów i innych – do wykorzystania przez podmioty zewnętrzne. Zrównoważone rozwiązania Projekt INMARE rozpoczął się w kwietniu 2015 roku, a jego celem było odkrycie tajemnic mórz i oceanów. „Oceany to największe środowiska naszej planety, pokrywają bowiem 71 % powierzchni Ziemi”, zauważył prof. Golyshin. „Są domem dla niezliczonych, niezwykle zróżnicowanych mikroorganizmów. Spodziewamy się, że tak ogromna różnorodność biologiczna oferuje mnóstwo niezbadanych dotąd enzymów i metabolitów, które mogą stanowić nowe rozwiązania na potrzeby biogospodarki”. W czasie swoich prac zespół projektowy zastosował nowe techniki badań przesiewowych, które pozwoliły im na zidentyfikowanie potencjalnie obiecujących enzymów pozyskanych z mikroorganizmów morskich. W ramach zakończonego kilka lat wcześniej, finansowanego przez Unię Europejską, projektu MAMBA (2009-2013), którego koordynatorem był również prof. Golyshin, zostały opracowane nowe metody badań genomów mikroorganizmów morskich w celu wykrywania użytecznej i interesującej aktywności enzymów. „Rezultaty projektu INMARE są jednak dużo bardziej imponujące”, dodał naukowiec. Zespół projektu skupił się przede wszystkim na mikroorganizmach posiadających umiejętność przetrwania w najtrudniejszych warunkach, takich jak ekstremalne zasolenie, wysoka temperatura czy podwyższone ciśnienie. „Wiedzieliśmy, że tego rodzaju mikroorganizmy mogą wytwarzać enzymy, które mogą sprawdzić się w zastosowaniach przemysłowych, w trudnych warunkach fizycznych i chemicznych, bez konieczności dodatkowej optymalizacji”, wyjaśnił prof. Golyshin. „Optymalizacja enzymów ukierunkowana na zwiększanie ich stabilności i wydajności pochłania dużo czasu i środków finansowych, co powoduje, że stanowi znaczące ograniczenie w rozwoju enzymów do zastosowań przemysłowych”. Projekt INMARE wpisuje się również w dążenia Europy do transformacji swojej gospodarki w kierunku zrównoważonego rozwoju i ekologii, wykorzystującej zasoby odnawialne przy minimalnym zużyciu energii. Enzymy pozyskiwane z organizmów morskich są realną i atrakcyjną alternatywą dla katalizy chemicznej połączonej z masowym wykorzystaniem rozpuszczalników i pochłaniających duże ilości energii reakcji chemicznych. „Niewykorzystane zasoby mikrobiologiczne w morzach mogą zapewnić przemysłowi niemal nieograniczone źródło bezpieczniejszych, tańszych i bardziej ekologicznych produktów – pod warunkiem, że wszyscy będą ostrożnie wykorzystywać te cenne zasoby”, dodał prof. Golyshin.
Słowa kluczowe
INMARE, odnawialne, morskie, enzymy, energia, biologia, chemiczne, przemysłowe, morze, ocean, bakterie, grzyby, gąbki, algi
